Расчет трубопроводных систем

Курсовая работа

по дисциплине "Гидромеханика"

Расчетов трубопроводных систем

Содержание

Введение

1. Назначение и краткое описание конденсатной системы

2. Исходные данные для расчета конденсатной системы

2.1 Конденсатная система

2.2 Маслоохладитель

2.3 Конденсатор ВОУ

3. Расчет потерь

3.1 Расчет потерь напора в конденсатной магистрали

3.2 Расчет потерь всасывающей магистрали

4. Характеристика сети

4.1 Нахождение полного коэффициента сопротивления системы

4.2 Нахождение полного напора насоса для разных расходов в системе

5. Заключение

6. Список используемой литературы

Введение

Целью работы является закрепление знаний по основам теории судовых гидравлических трубопроводных систем, а также практическое овладение навыками для выполнения необходимых расчетов трубопроводных систем.

В качестве системы, предназначенной для учебного расчета, выбрана конденсатная система судна. Это объясняется двумя причинами: во-первых, это наиболее важная система с точки зрения функционирования судовой энергетической установки (СЭУ); во-вторых, она наиболее разветвленная, что представляет определенный интерес с точки зрения выполнения гидравлических расчетов.

И так, главной задачей гидравлического расчета трубопровода будем считать определение диаметра труб и гидравлических характеристик системы, т.е. расхода и напора жидкости в трубопроводах на основных режимах работы системы. По полученным гидравлическим характеристикам в дальнейшем производем выбор главного механизма, обслуживающего систему. Между гидравлическими характеристиками трубопроводами и характеристиками механизма должно быть полное соответствие на основных режимах работы системы.

Необходимый напор и производительность системы обеспечиваются в том случае, если расход жидкости и полное сопротивление в трубопроводной системе с учетом избыточного давления у потребителя и высоты подъема жидкости равны соответственно производительности и напору механизма, т.е. выполняются условия материального и энергетического балансов системы и механизма. При несоблюдении равенства будет наблюдаться либо перегрузка механизма, либо снижение напора и расхода в трубопроводе.

Основным моментом в гидравлическом расчете будет разумеется являться определение полного сопротивления движения жидкости.

1. Назначение и краткое описание конденсатной системы

В данной курсовой работе приведен расчет конденсатной гидравлической трубопроводной системы. Назначение данной системы состоит в приеме, хранении и подаче рабочего тела, в рассматриваемом случае конденсатной воды, к подогревателям, различным фильтрам элементам управления регулирования и защиты СЭУ, парогенерирующей установке.

На указанном чертеже показаны основные элементы рассматриваемой системы: главный конденсатор, маслоохладитель, конденсатный насос, фильтр ионной очистки, деаэратор, конденсатор водоопреснительной установки.

К данной системе применяются следующие требования морского регистра судоходства. Конденсатная система паротурбинных установок должна обслуживаться двумя конденсатными насосами. Подача каждого насоса не менее чем на 25 % должна превышать максимальное количество конденсата отработавшего пара, поступающего в конденсатор. В установках с двумя главными конденсаторами, размещенными в одном машинном отделении, резервный конденсаторный насос может быть общим для обоих конденсаторов.

гидравлическая трубопроводная система насос

2. Исходные данные для расчета конденсатной системы

2.1 Конденсатная система

 - 0,029 - расход жидкости в системе;

 - 0,002 - приток жидкости в систему;

 - 3,85 - длина всасывающей магистрали системы;

 - 5,40 - длина от конденсатного насоса КН до тройника;

 - 21,00 - длина участка от тройника до выходного патрубка из маслоохладителя МО;

 - 6,40 - длина участка от выходного патрубка МО до входного патрубка конденсатора водоопреснительной установки;

% - 45 -

% - 12 -

 - 2,65 - геометрическая высота от уровня конденсата в конденсатосборнике главного конденсатора ГК деаэраторе до ЦТ сечения входного патрубка насоса;

 - 0,70 - геометрическая высота между ЦТ сечений напорного патрубка насоса и входного патрубка МО;

 - 1,70 - геометрическая высота между ЦТ сечений выходного патрубка ионообменного фильтра и входного патрубка КВОУ;

 - 3,8 - геометрическая высота от ЦТ сечений выходного патрубка КВОУ и хводного патрубка деаэратора;

 - 100 - гидросопротивление ИОФ;

 - 80 - гидросопротивление деааэрационной головки.

 - 120 - давление в деаэраторе;

 - 2,0 - давление в ГК;

 - 11 - подогрев конденсата в МО;

 - 12 - подогрев конденсата в КВОУ.

 

2.2 Маслоохладитель

 - 270 - число труб в трубном пучке;

 - 2 - количество ходов охлаждающей воды;

 - 2,5 - длина трубки

 - 0,013 - внутренний диаметр труб пучка;

 - 0,9 - диаметр трубной доски.

 

2.3 Конденсатор ВОУ

 - 38 - число труб в трубном пучке;

 - 4 - количество ходов охлаждающей воды;

 - 1 - длина трубки;

 - 0,013внутренний диаметр труб пучка;

D - 0,2 -

3. Расчет потерь

3.1 Расчет потерь напора в конденсатной магистрали

Участок 1-2.

1. Найдем напор на участке 1-2:

; [1, стр.8]

; [1, стр.8]

.

. Найдем диаметр трубопровода:

Скорость в трубопроводе (Конденсатный - напорный)

. [1, стр.16]

Посчитаем диаметр трубопровода с учетом этих скоростей

; [1, стр.14]

; .

Стандартный приемлемый диаметр равен . [1, стр.14]

Посчитаем скорость с учетом уточненного диаметра

; [1, стр.14]

.

. Найдем температуру на участке 1-2:

; [4, стр.23]

; ; [1, стр.8]

; ; [1, стр.8]

Найдем температуру 2:

; [5]

;

;

.

Найдем температуру 3:

; [5]

;

;

.

[4,  - стр.23-24,  - стр.217].

Найдем кинематическую вязкость и критерий Рейнольдса:

; [2, стр 15]

. (Турбулентный режим) [1, стр.14]

По формуле Кольбрука:

. [1, стр.16]

Рассчитаем сопротивления.

. Сопротивление на повороте:

 [3, стр.277]

Для данного поворота: ; ; ; ; .

Тогда сопротивление поворота равно:

.

. Сопротивление тройника:

Для данного тройника: все сечения одинаковы, отношение расходов расходящихся ветвей равно , тогда сопротивление тройника равно ([2, стр.308])

.

Найдем сопротивление на участке 1-2: ; [1, стр8]

. [1, стр.17]

Найдем потери напора на участке 1-2:

. [1, стр.23]

Найдем напор в точке 2:

; [3, стр. 19]

; [3, Табл.1]

; (напор созданный сопротивлением деаэратора) []

; (напор созданный сопротивлением деаэрационной головки) []

.

 

Участок 2-3.

Расчет теплообменного аппарата: Конденсатор ВОУ.

Количество трубок в ходе: ; [1, стр.10]

количество ходов: ; [1, стр.10]

длина трубки: ; [1, стр.10]

диаметр трубки ; [1, стр.10]

диаметр патрубка: ; [1, стр.10]

расход воды: ;

Расход одной трубки:

.

Скорость на входе и выходе из КВОУ:

. [1, стр.14]

Скорость внутри КВОУ:

. [1, стр.14]

Найдем критерий Рейнольдса:

; (см. расчет  и  на первом участке) [2, стр.15]

 (Турбулентный режим) [1, стр.14]

По формуле Кольбрука:

. [1, стр.16]

Найдем потери по длине:

. [2, стр.102]

Найдем потери при входе и выходе из трубки:

, (); [5]

, (). [5]

Общие потери в КВОУ:

.

Найдем потери на входе и выходе из КВОУ:

, (); [5]

, (). [5]

.

=2,019+244,867=246,886Дж/кг

 

Сопротивление клапана.

; [3, стр.26]

; [3, стр.18]

.

 

Участок 3-4 (от КВОУ до МО)

; (так как нет изменений)

; (так как нет изменений)

; (так как нет изменений)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

Найдем кинематическую вязкость и критерий Рейнольдса:

; [2, стр 15]

. [1, стр.14]

По формуле Кольбрука:

. [1, стр.16]

Рассчитаем сопротивления. 1. Сопротивление на повороте:

 [2, стр.233]

Для данного поворота: ; ; ; ; .

Тогда сопротивление поворота равно:

.

. Сопротивление тройника:

Тройник 1: Для данного тройника: все сечения одинаковы, отношение расходов расходящихся ветвей равно , тогда сопротивление тройника равно (3, стр.308])

.

Тройник 2: Для данного тройника: все сечения одинаковы, отношение расходов расходящихся ветвей равно , тогда сопротивление тройника равно ([3, стр.308]) .

Найдем сопротивление на участке 3-4:

; [1, стр.8]

. [3, стр. 19]

Найдем потери напора на участке 3-4:

. [3, стр. 19]

Найдем напор в точке 3:

; [3, стр. 19]

; [1, стр.8]

; (напор созданный сопротивлением ФИО) [3, стр.27]

.

 

Участок 4-5.

Расчет теплообменного аппарата: Маслоохладитель.

Количество трубок в ходе: ; [1, стр.10]

количество ходов: ; [1, стр.10]

длина трубки: ; [1, стр.10]

диаметр трубки ; [1, стр.10]

диаметр патрубка: ; [1, стр.10]

расход воды: ;

Расход одной трубки:

.

Скорость на входе и выходе из МО:

. [1, стр.18]

Скорость внутри МО:

. [1, стр.18]

Найдем кинематическую вязкость и критерий Рейнольдса:

;

(см. расчет  и  на первом участке) [1, стр.15]

 

(Турбулентный режим) [1, стр.23]

По формуле Кольбрука:

. [1, стр.16]

Найдем потери по длине:

. [2, стр 102]

Найдем потери при входе и выходе из трубки:

; [5]

. [5]

Общие потери в МО:

.

Найдем потери на входе и выходе из МО:

; [5]

. [5]

Общие потери в МО:

.

Н5=Н4+Нмо=370,673+0,383=371,056Дж кг

 

Сопротивление клапана.

; [1, стр.24]

Участок 5-6 (от МО до тройника)

; (так как нет изменений)

; (так как нет изменений)

; (так как нет изменений)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

Найдем кинематическую вязкость и критерий Рейнольдса:

; [1, стр.15]

. [1, стр.14]

По формуле Кольбрука:

. [1, стр.16]

Рассчитаем сопротивления. 1. Сопротивление на повороте:

 [3, стр.277]

Для данного поворота: ; ; ; ; .

Тогда сопротивление поворота равно:

.

. Сопротивление тройника:

Тройник 1: Для данного тройника: все сечения одинаковы, отношение расходов расходящихся ветвей равно , тогда сопротивление тройника равно ([2, стр.308]) .

Тройник 2: Для данного тройника: все сечения одинаковы, отношение расходов расходящихся ветвей равно , тогда сопротивление тройника равно ([2, стр.308]) .

Найдем сопротивление на участке 5-6:

; [1, стр.8]

. [1, стр.17]

Найдем потери напора на участке 5-6:

 [1, стр.17]

Найдем напор в точке 6:

; [1, стр.17]

; [3, Табл.1]

.

 

Участок 6-7.

1. Найдем напор на участке 6-7:

. [1, стр.8]

2. Найдем диаметр трубопровода:

Скорость в трубопроводе (Конденсатный - напорный) . [1, стр.16] Посчитаем диаметр трубопровода с учетом этих скоростей

; [1, стр.14]

; .

Стандартный приемлемый диаметр равен . [1, стр.14]

Посчитаем скорость с учетом уточненного диаметра

. [1, стр.14]

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

. (см. расчет на 1-ом участке)

Найдем кинематическую вязкость и критерий Рейнольдса:

; [1, стр.15]

. [1, стр.14]

По формуле Кольбрука:

. [1, стр.16]

Рассчитаем сопротивления.

Сопротивление в вентиле:

Возьмем вентиль "Косва" при полном открытии. Данный диаметр .

Для данного диаметра:

 [2, стр.373]

Сопротивление в компенсаторе:

 где n - количество гофр, возьмём 10.

Найдем сопротивление на участке 6-7:

; [1, стр.8]

. [1, стр.17]

Найдем потери напора на участке 6-7:

. [1, стр.17]

Найдем напор в точке 7:

; [1, стр.23], .

3.2 Расчет потерь всасывающей магистрали

Участок 8-9.

1. Найдем напор на участке 8-9:

. [1, стр.8]

. Найдем диаметр трубопровода:

Скорость в трубопроводе (Конденсатный - приемный)

. [1, стр.16]

Посчитаем диаметр трубопровода с учетом этих скоростей

; [1, стр.14]

Стандартный приемлемый диаметр равен . [1, стр.14]

Посчитаем скорость с учетом уточненного диаметра

. [1, стр.14]

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

. (см. расчет на 1-ом участке)

Найдем кинематическую вязкость критерий Рейнольдса:

; [1, стр.15]

. [1, стр.14]

По формуле Кольбрука:

. [1, стр.16]

Рассчитаем сопротивления.

. Сопротивление при резком сужении:

, [3, стр.165]

где

; . [3, стр.165]

.

Предположим, что: ; ;

;

. .

. Сопротивление на повороте:

 [3, стр.277]

Для данного поворота: ; ; ; ; .

Тогда сопротивление поворота равно:

. Сопротивление в компенсаторе:

 - где n количество гофр, возьмём 10

. Сопротивление в вентиле:

Возьмем вентиль "Косва" при полном открытии. Данный диаметр .

Для данного диаметра:  [2, стр.373]

Найдем сопротивление на участке 8-9: ; [1, стр.8]

 [3, стр.277]

Найдем потери напора на участке 8-9:

 [1, стр.17]

Для обеспечения надежной работы насоса в гидравлической системе надо соблюсти следующие условия: избыточное давление в трубопроводе должно быть больше или равно величине допускаемого кавитационного запаса энергии для данного насоса

, [1, стр.24]

где - давление на поверхности жидкости,

 - давление насыщения при заданной температуре,

 - потери давления во всасывающем патрубке,

 - геометрическая высота всасывания,

 - допускаемый кавитационный запас энергии, (обычно принимается в диапазоне ).

Для данной системы: ;

; [2, стр.27]

;

;

;

;

Неравенство верно. Значит насос работает без перебоев.

4. Характеристика сети

4.1 Нахождение полного коэффициента сопротивления системы

; [1, стр.25], ; . [1, стр.25]

 - полный напор насоса,

 - потери на напорной части системы,

 - напор на входе в насос.

; [1, стр.25]

 геометрические высоты питателя и приёмника;

 давление в питателе и приёмнике;

 - полный коэффициент расхода системы;

 - расход системы.

;

; (см. участок 6-7)

;

.

Найдем полный коэффициент расхода системы:

; [1, стр.25]

.

 

4.2 Нахождение полного напора насоса для разных расходов в системе

0. ;

; [1, стр.25]

.

. ;

.

. ;

; [1, стр.25]

.

. ;

; [1, стр.25]

.

. ;

; [1, стр.25]

.

. ;

; [1, стр.25]

.

. ;

; [1, стр.25]

.

. ;

; [1, стр.25]

.

. ;

; [1, стр.25]

.

. ;

; [1, стр.25]

.

. ;

; [1, стр.25]

.

5. Заключение

В данной курсовой работе я познакомилась с устройством конденсатной системы корабля. Научилась определять местные сопротивления на участках, рассчитывать теплообменные аппараты и другие обслуживающие систему аппараты. Рассчитала потери напора на каждом участке, определила условие всасывания (неравенство оказалась верным следовательно насос работает стабильно, без перебоев) и определили полный напор насоса. Нашла полный коэффициент сопротивления системы, и затем задаваясь различными значениями расхода построила графическую зависимость , называемую характеристикой сети.

6. Список используемой литературы

1. Воронин А.М. Гидравлический расчёт судовой системы. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине "Гидромеханика", 2010.

. Вильнер Я. М, Ковалев Я.Т., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам; Под ред.Б. Б. Некрасова - Минск: Высшая школа, 2006.

. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: Машиностроение, 2012.

. Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного Пара, 2009.